一种无人污染物溯源系统及其溯源方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及污染物溯源领域，尤其涉及一种无人污染物溯源系统及其溯源方法。
【背景技术】
[0002] 水是生态系统的血液，充足、优质的水资源是生态系统健康发展的物质基础。我 国是一个资源型缺水的国家，据统计：2013年上半年，我国十大流域I~III类水质断面占 69. 3%，IV~V类占19. 9%，劣V类占10.8%。全国超过30%的重要流域受到不同程度的 污染。造成这种局面的最为突出的一方面是工业排污没有规范化、合理化，企业偷排现象较 为严重。提高企业偷排问题的整治成效，一方面需要加强地方环境监管、行政执法、刑事司 法的联动性和打击力度；另一方面需要提升环境监测能力：能够在污染严重之前尽早发现 问题，在发现问题之后及时找出根源、获取证据、落实责任。然而，企业污染的偷排口往往非 常隐蔽，在发现污染问题之后，有关部门通常需要花大量时间确定污染来源而耽误最佳治 理时机；有时甚至因为无法确认源头位置而放弃追究责任单位。
[0003] 在申请号为201410216892. 9的中国发明专利中，所述的移动式水污染数据采集 系统能能够监测流域水质变化趋势，仅需要少量该装置在流域上检测水污染指标，但是该 系统只有采集河道水质数据和在GIS平台上可视化流域的水质情况的功能，并不具备污染 物溯源的功能，无法自动的追踪和定位污染源。在申请号为号201410390303. 9的中国发明 专利中，所述的基于无人机的工业水体污染源检测方法，其可通过无人机对企业排水进行 图像监测与取样抽查，完成对企业对水体影响的分析，但是污染物没有引起水体颜色变化 时，该
【发明内容】
无法实现污染物追踪定位的要求。
[0004] 针对污染负荷较高、可提升整治空间较大的企业偷排，设计开发移动一种无人污 染物溯源系统，能够搜索污染流域的固定排污口，为有关部门对受污染流域及周边环境进 行整治提供强有力的帮助；同时还能灵活应对突发污染事故，快速跟踪污染源的扩散情况， 协助事故的紧急治理。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种无人污染物溯源系统及其溯源方 法。
[0006] 一种无人污染物溯源系统包括无人污染物溯源船、手持遥控器和远程监控基站， 无人污染物溯源船通过GPRS与远程监控基站通信，无人污染物溯源船通过射频通信的方 式与手持遥控器无线通信；无人污染物溯源船包括船身、主控单元、水体采样装置和水质在 线检测装置，所述船身由船体外壳，动力装置和电源模块组成，采用双体船式，所述主控单 元由主控芯片、GPRS模块、RF无线模块、GPS模块、电子罗盘、舵机驱动直流电机驱动、步 进电机驱动及JTAG接口组成，其中，所述GPRS模块、RF无线模块、GPS模块与主控芯片以 RS232接口相连，所述电子罗盘与主控芯片使用I2C接口连接；所述水体采样装置由升降 装置、抽样装置和分流装置组成，升降装置由采样软管、步进电机、卷盘、传动装置组成，抽 样装置由蠕动栗、二向接头组成，分流装置由舵机、分流盘和水箱组成。所述水质在线检测 装置主要由浸没式探头和信号采集电路组成，在线检测装置通过RS485接口与主控单元连 接，将检测信息传送给主控单元；所述手持遥控器由主控芯片、RF无线模块、可编程摇杆、 可编程按键、液晶显示屏、RS232接口电路、JTAG接口和电源模块组成，所述RF无线模块通 过RS232接口电路与主控芯片连接，可编程摇杆、可编程按键、液晶显示屏均与主控芯片连 接。所述远程监控基站可以由具有固定外网IP的普通PC机和监控中心软件构成。
[0007] -种无人污染物溯源方法的步骤如下：
[0008] 1)启动：无人污染物溯源船启动后，当用户知道大致的污染带位置，通过手动控 制或自主航行的方式使其快速达到污染带，缩小搜索范围，加快污染源定位进度，如果用户 不知道污染源所在的位置，则无人溯源船会逆流或斜逆流前进数米，当作污染物溯源的起 占 .
[0009] 2)污染带搜寻：无人污染物溯源船启动后经过初始步长仍未发现污染物的情况 下，此时无人污染物溯源船会逆流而上对整个河道断面进行搜索，直到无人污染物溯源船 搭载的在线检测装置检测出污染物，然后进入"污染源跟踪"模式；
[0010] 3)污染源跟踪：无人污染物溯源船利用保存在主控芯片中的历史污染物浓度数 据、历史方向数据、历史步长数据和当前的污染物浓度数据制定当期的方向策略和步长策 略，追踪过程若没有偏离污染带，在线检测装置检测的当前污染物浓度、方向和步长数据存 入主控芯片，变为历史数据，并进入下一个污染物跟踪循环，若偏离了污染带，则进入"污染 带偏尚"模式；
[0011] 4)污染带偏离：防止追踪路径发散，进入该模式后，无人污染物溯源船首先要进 行污染源确认，若不符合条件，则重新搜寻到污染带，再次进入"污染源跟踪"模式；
[0012] 5)污染源确认：使污染物浓度值、浓度变化率值和偏离污染带前最后检出污染物 的点之间的距离阈值作为污染源确认的依据，判断该位置是否是污染源，若不是再次进入 "污染带搜寻"，若是污染源，则将GPS定位的该位置的坐标发送至远程监控中心，污染物溯 源过程结束。
[0013] 所述的步骤1)为：启动有两种控制模式，即：手动遥控和自主航行两种运动控制 模式，两种控制方式能通过手持遥控器上的手自动切换按键切换，并且在手动模式时，无人 污染物溯源船会定时进行的通信校验，若发现长时间未接收到控制信号，无人污染物溯源 船切换到自主航行模式，会根据之前记录在主控模块Flash中的行驶的轨迹的途径点坐 标，返回到能接收到手持遥控器信号的水域。自主航行运动控制模式中使用的GPS定位方 法，为提高GPS定位的精准度，在定位算法上也有创新：使用差分GPS定位方法，差分后的 GPS定位数据，减少了因太阳活动、天气变化、周边环境影响等带来的公共误差。
[0014] 本发明采用采用嵌入式微机系统和污染物浓度检测装置，位置位姿传感器，GPS模 块等实现了搜索污染流域的固定排污口的功能，为提高了工厂偷排时间发生后污染源定位 的速度，节省了人力和资金投入；嵌入式系统为核心的系统配合立体采样装置也可以实现 定点定深度的采样，这样也方便了污染水体的采样工作，使得后水质分析部门的水样有了 来源，也使得政府部门对排污企业的处罚有了依据。
【附图说明】
[0015] 图1是无人污染物溯源系统结构框图；
[0016] 图2是本发明的主控单元的电路原理图；
[0017] 图3是本发明的立体采样装置示意图；
[0018] 图4是本发明的手持遥控器示意图；
[0019] 图5是本发明的远程监控基站的监控中心软件示意图；
[0020] 图6是本发明的污染源溯源方法工作流程图；
[0021] 图7是污染源溯源方法中启动步骤流程图；
[0022] 图8是污染源溯源方法中污染源跟踪流程图。
【具体实施方式】
[0023] 如图1、2所示，一种无人污染物溯源系统包括无人污染物溯源船7、手持遥控器5 和远程监控基站6,无人污染物溯源船7通过GPRS与远程监控基站6通信，无人污染物溯源 船7通过射频通信的方式与手持遥控器5无线通信；无人污染物溯源船包括船身4、主控单 元1、水体采样装置2和水质在线检测装置3,所述船身4由船体外壳，动力装置和电源模块 组成，采用双体船式，所述主控单元1由主控芯片、GPRS模块、RF无线模块、GPS模块、电子 罗盘、舵机驱动直流电机驱动、步进电机驱动及JTAG接口组成，其中，所述GPRS模块、RF无 线模块、GPS模块与主控芯片以RS232接口相连，所述电子罗盘与主控芯片使用I 2C接口连 接；所述水体采样装置2由升降装置、抽样装置和分流装置组成，升降装置由采样软管、步 进电机、卷盘、传动装置组成，抽样装置由蠕动栗、二向接头组成，分流装置由舵机、分流盘 和水箱组成；所述水质在线